徐國保

（廣東海洋大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524088）

0 引 言

近年來，國內(nèi)外大多數(shù)高校都在理工科專業(yè)開設(shè)MATLAB語言及應(yīng)用課程，MATLAB語言已經(jīng)成為本科生和研究生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、科技競賽和畢業(yè)論文中最常用、最有效的工具之一[1]。國內(nèi)很多高校教師對MATLAB語言在不同課程教學(xué)中的應(yīng)用做了很多嘗試，取得一定的效果[2-6]。此外，很多高校教師對MATLAB語言及應(yīng)用課程的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面進行研究和探討，也取得了一定的成效。文獻[7]研究MATLAB語言與應(yīng)用課程教學(xué)設(shè)計；文獻[8]研究基于教學(xué)目標的MATLAB語言課程教學(xué)方法；文獻[9]研究MATLAB課程中的“引導(dǎo)式面向?qū)ο蟆苯虒W(xué)法；文獻[10]探討任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法在MATLAB教學(xué)中的應(yīng)用。

MATLAB語言及應(yīng)用課程特點是學(xué)時少，教學(xué)內(nèi)容多，實踐性強。教師如何在學(xué)時越來越少的情況下，讓學(xué)生盡可能多地掌握MATLAB語言的內(nèi)容，利用MATLAB解決基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)問題，提高編程能力和解決實際問題的能力，是MATLAB語言課程教學(xué)改革面臨的迫切需要解決的問題。

1 MATLAB語言及應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有MATLAB語言及應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核形式、教材和教學(xué)模式已不能適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的計算機語言課程教學(xué)要求，MATLAB語言及應(yīng)用課程教學(xué)主要存在4方面問題。

1）課程學(xué)時少。

隨著教育部對各個專業(yè)的總學(xué)時不斷壓縮，各高校MATLAB語言及應(yīng)用課程的學(xué)時數(shù)大多為24～48，而且學(xué)時越來越少，如廣東海洋大學(xué)《2009級本科人才培養(yǎng)方案》中該課程是36學(xué)時，而《2017級本科人才培養(yǎng)方案》中該課程是24學(xué)時，學(xué)時壓縮了33.3%。

2）課程內(nèi)容多。

MathWorks公司幾乎每年會推出1～2個MATLAB新的版本，功能越來越強大，軟件的功能覆蓋數(shù)學(xué)分析、數(shù)值計算、符號計算、優(yōu)化分析、自動控制、系統(tǒng)仿真、信號處理、圖像處理、數(shù)理統(tǒng)計、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、電力電子系統(tǒng)、通信工程、生物化學(xué)、金融系統(tǒng)等各個領(lǐng)域。隨著MATLAB功能不斷地完善和補充以及新工具箱的開發(fā)，MATLAB的課程內(nèi)容也越來越多。

3）教學(xué)內(nèi)容落后，教學(xué)手段單一。

MATLAB軟件更新非?？?，該課程的教學(xué)內(nèi)容明顯滯后于新技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)手段仍是以傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)為主，教學(xué)手段單一。

4）教材選用不合適。

目前市面上有很多MATLAB語言及應(yīng)用課程的教材，但高水平的優(yōu)秀教材很少，一般很難找到一本特別讓高校滿意的教材。

2 MATLAB語言及應(yīng)用課程的多元化立體化教學(xué)改革措施

2.1 優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容

面對學(xué)分制改革，學(xué)時越來越少，MATLAB軟件功能越來越強大和完善，課程教學(xué)內(nèi)容越來越多的矛盾，教師要根據(jù)不同專業(yè)的特點，在授課過程中優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，篩選和提煉教學(xué)內(nèi)容；教會學(xué)生使用MATLAB語言完備的強大的幫助系統(tǒng)功能，會使用help和look for 幫助函數(shù)以及在線幫助系統(tǒng)。lookfor函數(shù)可以幫助查找MATLAB庫里是否已有函數(shù)的功能；help函數(shù)可以幫助了解函數(shù)的功能、語法、參數(shù)說明，并給出具體例子；在線幫助系統(tǒng)可以讓學(xué)生全方位了解MATLAB幫助系統(tǒng)，找到自己感興趣的工具箱或者專業(yè)方向的例題，通過學(xué)習(xí)給出的問題幫助文檔，能快速了解MATLAB語言解決問題的具體用法。教師在每個章節(jié)講授完理論知識和MATLAB函數(shù)之后，要根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的背景，選取一定數(shù)量的解決本專業(yè)實際問題的例子進行講解，提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力。另外，在MATLAB語言基本內(nèi)容講解完后，要結(jié)合不同專業(yè)背景，選取MATLAB在不同專業(yè)應(yīng)用內(nèi)容進行講解，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動、問題導(dǎo)向為基礎(chǔ)的新型課程知識體系，提高學(xué)生實際動手能力，達到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

2.2 編寫和修訂適合的MATLAB語言及應(yīng)用教材

目前市面上各個出版社出版的MATLAB語言教材很多，很多教材僅僅是介紹MATLAB的語法和基本知識，很少涉及專業(yè)的應(yīng)用，因此，高水平的獲得認可的優(yōu)秀教材很少。結(jié)合豐富的教學(xué)經(jīng)驗，筆者主編的《MATLAB/Simulink實用教程：編程、仿真及電子信息學(xué)科應(yīng)用》教材在清華大學(xué)出版社出版，深入淺出地介紹MATLAB語言的基礎(chǔ)知識以及MATLAB在電子信息處理、控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，書中還專門設(shè)計了10個MATLAB基本實驗，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐。全書以最新MATLAB 2016a版本介紹其基本功能和應(yīng)用，注重電子信息類相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合，突出應(yīng)用，內(nèi)容涉及較廣，滿足一般用戶使用的各種功能。本書編排邏輯結(jié)構(gòu)合理，先基礎(chǔ)后應(yīng)用，先理論后實驗，循序漸進，全書內(nèi)容共分為11章，包括MATLAB語言概述、矩陣及其運算、程序設(shè)計、數(shù)值計算、符號計算、繪圖及圖像處理基礎(chǔ)、Simulink仿真、MATLAB在電子信息處理中應(yīng)用、MATLAB在控制系統(tǒng)中應(yīng)用、MATLAB在通信系統(tǒng)中應(yīng)用和MATLAB實驗。本書尤其適合作為電子信息工程、通信工程、自動化、電氣工程及其自動化等電子信息類各專業(yè)本科生或者研究生的教學(xué)用書。

2.3 構(gòu)建和完善MATLAB語言及應(yīng)用精品資源共享課程網(wǎng)站

為了學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB語言，共享課程建設(shè)的成果，構(gòu)建和完善MATLAB語言及應(yīng)用精品資源共享課程網(wǎng)站是非常有必要的。網(wǎng)站內(nèi)容主要分為教學(xué)資源展示模塊、互動交流模塊、作業(yè)模塊和考試系統(tǒng)模塊。教學(xué)資源模塊主要是展示該課程的相關(guān)教學(xué)資源，如課程簡介、課程目標、授課對象、課程實驗指導(dǎo)、課程教學(xué)視頻和課程公告。網(wǎng)站界面美觀，內(nèi)容豐富，功能較為齊全，其網(wǎng)址為http：//210.38.137.11：10086/MatlabCourse/。

2.4 制作完善課程的多媒體課件

考慮到MATLAB軟件的函數(shù)、程序代碼、幫助文件信息等都是英文字母，課件盡量用英文，少用中文制作，盡量用英文表述例題，以便學(xué)生更快、更容易地使用MATLAB軟件。課件中示例的程序代碼要晚一會兒顯示出來，給學(xué)生留出思考的時間，然后，教師在黑板上給學(xué)生重點講解關(guān)鍵函數(shù)的使用技巧和注意事項，通過MATLAB軟件，實時演示程序代碼，這樣更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB語言的積極性。

為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在制作MATLAB語言第一次課件時，可以重點介紹MATLAB軟件的作用。通過舉例介紹相關(guān)專業(yè)課程中的經(jīng)典仿真案例，如求解矩陣方程的解、符號運算、用MATLAB繪制同個坐標軸下不同曲線、Simulink仿真、MATLAB軟件自帶的Demo 和 Example等，并演示每個例題的實驗結(jié)果，給學(xué)生直觀地展示MATLAB軟件強大的功能，簡單易學(xué)等特性。另外，還可以簡單講解教師在該領(lǐng)域的相關(guān)研究，如筆者在課堂上向?qū)W生展示自己在碩士論文中用MATLAB編程實現(xiàn)數(shù)字水印算法的思路，以及演示算法結(jié)果；在博士論文中用MATLAB編程實現(xiàn)機器人視覺導(dǎo)航里的道理分隔和邊緣檢測算法的思想，以及演示算法的結(jié)果。考慮到大一和大二學(xué)生還未開始學(xué)習(xí)專業(yè)課程，缺乏對專業(yè)知識的認識，課件在介紹實際例子和仿真案例時不宜過細，應(yīng)以簡單介紹原理和思路、重點演示結(jié)果為主，讓學(xué)生知道MATLAB語言對今后課程學(xué)習(xí)和專業(yè)實際問題解決的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB的興趣。

課件按照章節(jié)進行制作，給出本章的內(nèi)容提綱、重點、難點、作業(yè)等信息，以便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。在介紹完基本內(nèi)容和常用函數(shù)后，每章課件還要結(jié)合學(xué)生的專業(yè)，介紹相應(yīng)的實際問題，講解具體代碼，演示結(jié)果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB語言的積極性，增強學(xué)生應(yīng)用MATLAB解決實際問題的能力。最后一次課件中，重點講解MATLAB語言解決本專業(yè)的課程學(xué)習(xí)問題和專業(yè)的科學(xué)問題，讓學(xué)生知道MATLAB語言可以用于今后學(xué)習(xí)專業(yè)課和解決專業(yè)的科學(xué)問題。

2.5 改革和創(chuàng)新教學(xué)方法和考核方式

MATLAB語言及應(yīng)用課程的理論教學(xué)可以采用多媒體授課為主、板書為輔的授課模式。教師要在黑板上推導(dǎo)一些簡單的數(shù)學(xué)公式，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和邏輯推理能力。授課地點應(yīng)在實驗室電腦機房里進行，這樣學(xué)生可以在教師講解MATLAB函數(shù)時，在自己電腦的MATLAB環(huán)境上調(diào)用函數(shù)，查看函數(shù)幫助文件，更容易、更直觀地學(xué)習(xí)和掌握MATLAB函數(shù)的使用技巧；另外可以通過實驗室管理軟件，同步廣播和傳送文件，在教師講解完例題后，學(xué)生可以在電腦里運行例題程序代碼，很直觀地看到例題的結(jié)果，激發(fā)學(xué)習(xí)MATLAB語言的興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

課堂上教師可以使用實例教學(xué)法，如圖1所示，根據(jù)學(xué)生專業(yè)方向，多引入實例。首先，教師提出實際問題，讓學(xué)生思考；然后在黑板上畫出程序流程圖，給出MATLAB程序代碼；最后，對程序代碼進行詳細講解，演示程序運行結(jié)果，總結(jié)歸納。這種實例教學(xué)模式既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，又能培養(yǎng)學(xué)生分析和思考問題的能力。

圖1 MATLAB實例教學(xué)模式

MATLAB語言及應(yīng)用課程的考核可以采用編程和大論文相結(jié)合的形式，讓學(xué)生結(jié)合專業(yè)背景和感興趣的問題，利用MATLAB語言編程實現(xiàn)，完成一份大論文。論文內(nèi)容包括問題描述、理論分析、程序代碼、程序結(jié)果及分析、學(xué)習(xí)體會及建議和參考文獻。注重過程考核，平時考核采用多種途徑，包括課程實驗（上機）、小測驗、作業(yè)、課堂討論等。課程考核內(nèi)容和考核方式的改革能夠體現(xiàn)學(xué)生知識、能力和綜合素質(zhì)的整體考核。

3 MATLAB語言及應(yīng)用的多元化立體化教學(xué)改革實踐及評價

廣東海洋大學(xué)在電子信息工程、通信工程、自動化和電氣工程及其自動化4個專業(yè)2016級和2017級的MATLAB語言及應(yīng)用課程中進行課程改革實踐，學(xué)生反饋的意見整體不錯，理論聯(lián)系實際緊密，教材使用效果好。2016級電子信息工程專業(yè)6個班190名學(xué)生對MATLAB語言及應(yīng)用課程的評價成績是93.461，學(xué)生對教師上課效果和教學(xué)改革模式是充分認可的。

據(jù)不完全統(tǒng)計，MATLAB語言及應(yīng)用教材出版不到一年時間，全國已經(jīng)有沈陽工業(yè)大學(xué)、貴州大學(xué)、南華大學(xué)、江漢大學(xué)、湖南工程學(xué)院、廣東第二師范學(xué)院、西南科技大學(xué)、北京建筑大學(xué)、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院等10多個本科院校選用，并得到相關(guān)院校的師生認可。此外，我們構(gòu)建的MATLAB語言及應(yīng)用精品資源共享課程網(wǎng)站和MATLAB語言及應(yīng)用多媒體課件可以供校內(nèi)外學(xué)習(xí)MATLAB語言的師生隨時隨地學(xué)習(xí)使用，用戶使用后評價較好。

4 結(jié) 語

基于多年使用MATLAB軟件和教授MATLAB語言課程的經(jīng)驗，提出的MATLAB語言及應(yīng)用課程的多元化立體化教學(xué)改革措施，在廣東海洋大學(xué)電子信息工程、通信工程、自動化、電氣工程及其自動化4個專業(yè)試用和實踐取得了較好的成效，下一步可以繼續(xù)完善，推廣到更多高校使用。